redis 系列4 数据结构之链表
一. 概述
链表提供了高效的节点重排能力，以及顺序性的节点访问方式，并且可能通过增删节点来灵活地调整链表的长度。作为一种数据结构，在C语言中并没有内置的这种数据结构。所以Redis构建了自己的链表实现。链表在Redis中应用非常多，比如列表键的底层实现之一就是链表，当一个列表键包含了数量比较多的元素，又或者列表中包含的元素都是比较长的字符串时，Redis就会使用链表作为列表键的底层实现。
-- 例1：使用integers 列表键包含了从1到10，共有10个整数 127.0.0.1:6379> rpush integers "1" "2" "3" "4" "5" "6" "7" "8" "9" "10" (integer) 10 127.0.0.1:6379> llen integers (integer) 10 127.0.0.1:6379> lrange integers 0 5 1) "1" 2) "2" 3) "3" 4) "4" 5) "5" 6) "6"
integers列表键的底层实现就是一个链表。链表中的每个节点都保存了一个整数值，除了链表键之外，发布与订阅，慢查询，监视器等功能也用到了链表。Redis服务器本身还使用链表来保存多个客户端的状态信息，以及使用链表来构建客户端输出缓冲区(output buffer)。
二 链表和链表节点定义
// 每个链表节点使用一个adlist.h/listNode结构来表示： typedef struct listNode { //前置节点 struct listNode *prev; //后置节点 struct listNode *next; //节点的值 void *value; }listNode; //别名
多个listNode可能通过prev和next指针组成双端链表。虽然使用多个listNode结构就可以组成链表，但使用adlist.h/list 来持有链表的话，操作起来会更方便。
typedef struct list { //表头节点 listNode *head; //表尾节点 listNode *tail; //链表所包含的节点数量 unsigned long len; //节点值复制函数 void *(*dup) (void *ptr); //节点值释放函数 void (*free)(void *ptr) //节点值对比函数 int (*match) (void *ptr,void *key) }list; //别名
在list结构中链表提供了表头指针head, 表尾指针tail，以及链表长度计数器len, 而dup, free和match成员则是用于实现多态链表所需的类型特定函数:dup 函数用于复制链表节点所保存的值； free 函数用于释放链表节点所保存的值； match 函数则用于对比链表节点所保存的值和另一个输入值是否相等。
三.Redis的链表实现的特性总结
(1)双端: 链表节点带有prev 和next 指针，获取某个节点的前置节点和后置节点的复杂度都是0(1) 。
(2)无环: 表头节点的prev指针和表尾节点的next 指针都指向null ,对链表的访问以null 为终点 。
(3)带表头指针和表尾指针：通过list结构的head指针和tail 指针，程序获取链接的表头节点和表尾节点的复杂度为0(1)
(4)带链表长度计数器：程序使用list结构的len属性来对list持有的链表节点进行计数，程序获取链表中节点数量的复杂度为0(1)
(5)多态:链表节点使用void* 指针来保存节点值，并且可能通过list结构的dup,free,match 三个属性为节点值设置类型特定函数，所以链表可以用于保存各种不同类型的值。
四. 链表和链表节点的API
|
函数 |
作用 |
|
listSetDupMethod |
将给定的函数设置为链表的节点值复制函数 |
|
listGetDupMethod |
返回链表当前正在使用的节点值复制函数 |
|
listSetFreeMethod |
将给定的函数设置为链表的节点值释放函数 |
|
listGetFree |
返回链表当前正在使用的节点值释放函数 |
|
listSetMatchMethod |
将给定的函数设置为链表的节点值对比函数 |
|
listGetMatchMethod |
返回链表当前正在使用的节点值对比函数 |
|
listLenth |
返回链表的长度(包含多少节点) |
|
listFirst |
返回链表的表头节点 |
|
listLast |
返回链表的表尾节点 |
|
listPrevNode |
返回给定节点的前置节点 |
|
listNextNode |
返回给定节点的后置节点 |
|
listNodeValue |
返回给定节点目前正在保存的值 |
|
listCreate |
创建一个不包含任何节点的新链表 |
|
listAddNodeHead |
将一个包含给定值的新节点添加到给定链表的表头 |
|
listAddNodeTail |
将一个包含给定值的新节点添加到给定链表的表尾 |
|
listInsertNode |
将一个包含给定值的新节点添加到给定节点的之前或者之后 |
|
listSearchKey |
查找并返回链表中包含给定值的节点 |
|
listIndex |
返回链表在给定索引上的节点 |
|
listDelNode |
从链表中删除给定节点 |
|
listRotate |
将链表的表尾节点弹出，然后将被弹出的节点插入到链表的表头，成为新的表头节点 |
|
listDup |
复制一个给定链表的副本 |
|
listRelease |
释放给定链表，以及链表中的所有节点 |
总结:
(1) 链表被广泛用于实现Redis的各种功能，比如列表键，发布与订阅，慢查询，监视器等。
(2) 每个链表节点由一个listNode结构来表示，每个节点都有一个指定前置节点和后置节点的指针，所以Redis的链表实现是双端链表。
(3) 每个链表使用一个list结构来表示，这个结构带有表头节点指针 ，表尾节点指针，以及链表长度等信息。
(4) 因为链表表头节点的前置节点和表尾节点的后置节点都指向null, 所以Redis的链表实现是无环链表。
(5) 通过为链表设置不同的类型特定函数，Redis的链表可以用于保存各种不同类型的值。
